地球ダイナミクスとマントル対流

地球ダイナミクスは、変形する固体と流体の物理学を地球に適用し、プレートテクトニクス、マントル対流、および造山運動、地震、火山活動を駆動するゆっくりとした流れを説明します。

Definition

地球ダイナミクスは、固体地球における運動と変形を駆動する力とプロセスを研究する学問であり、連続体力学、流体力学、熱輸送をプレートテクトニクスやマントル対流などの現象に応用します。

Scope

この分野は、固体地球のダイナミクスを扱います。すなわち、マントル対流の地表における表現としてのプレートテクトニクス、マントルのレオロジーと熱対流、リソスフェアの強度と変形、およびこれらすべてを支配する応力、ひずみ、熱輸送の連続体力学です。プレート運動を駆動する力、マントル流の様式と活発さ、そして惑星の熱的および機械的状態の長期的な進化を扱います。地質学的時間スケールで固体地球を移動させ、変形させる物理的プロセスに重点が置かれています。

Sub-topics

• リソスフェアとレオロジー
• マントル対流とレオロジー
• プレートテクトニクスとマントルダイナミクス
• 地球の応力、ひずみ、連続体力学

Core questions

• プレートを駆動する力は何であり、プレートテクトニクスは球体上でどのように機能するのか？
• 固体マントルはどのように対流し、その活発さと様式を制御するものは何か？
• リソスフェアの強度とレオロジーは変形をどのように形成するのか？
• 応力、ひずみ、熱輸送は固体地球のダイナミクスをどのように支配するのか？

Key concepts

• プレートテクトニクスとプレート境界の力
• マントル対流とレイリー数
• マントルとリソスフェアのレオロジー
• 応力、ひずみ、連続体力学
• 地球の熱的進化

Key theories

プレートテクトニクス

リソスフェアは剛体プレートに分かれており、より弱いアセノスフェアの上を移動し、拡大する海嶺、沈み込み帯、トランスフォーム断層で相互作用します。マッケンジーとパーカーは、プレート運動が球体上の剛体回転に従うことを示し、大陸移動説と海底拡大説を統合しました。

熱マントル対流

マントルは固体であるにもかかわらず、地質学的時間スケールでゆっくりと変形し、地球内部の熱を除去するために対流します。レイリー数によって支配される対流の活発さは、プレート運動を駆動する上昇流と下降流を組織します。

Clinical relevance

地球ダイナミクスは、地震、火山活動、造山運動、および天然資源の分布に関する説明的枠組みを提供し、長期的なハザード評価や、地球および他の惑星の熱的およびテクトニクス的進化に関する我々の理解に情報を提供します。

History

ウェゲナーは1912年に大陸移動説を提唱し、ホームズはマントル対流をその原動力として示唆しましたが、1960年代になって初めて、海底拡大とマッケンジー、パーカー、モーガンによる剛体プレート運動学がプレートテクトニクスを確立し、その後、定量的地球ダイナミクスとマントル対流モデリングが成熟しました。

Key figures

• Alfred Wegener
• Arthur Holmes
• Dan McKenzie
• Donald Turcotte

Seminal works

• turcotte2014
• schubert2001
• mckenzie1967

Frequently asked questions

固体マントルはどのように流動し、対流するのか？

数百万年という時間スケールでは、岩石は結晶欠陥のゆっくりとした移動を通じて、非常に粘性の高い流体のように変形します。したがって、マントルは人間の時間スケールでは固体ですが、地質学的時間スケールではクリープし、対流して熱を輸送し、プレート運動を駆動します。

プレートの運動を駆動するものは何か？

プレートは主にマントル対流に関連する力、特にマントルに沈み込む冷たく密度の高い沈み込みスラブの引き込みと、拡大する海嶺での押し出しによって駆動され、システム全体は地球内部の熱の対流による除去によって組織されています。